DE1291659B

DE1291659B - Vorrichtung zum elektrostatischen UEberziehen von Gegenstaenden

Info

Publication number: DE1291659B
Application number: DER33708A
Authority: DE
Original assignee: Ransburg Corp
Current assignee: Ransburg Corp
Priority date: 1961-10-25
Filing date: 1962-10-18
Publication date: 1969-03-27
Also published as: AT249224B; DE1777329A1; DE1925142U; NL284722A; NO118260B; US3169883A; NL156619B; CH410697A; BE624075A; DK133616B; ES281775A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Druck arbeitenden Zerstäubervorrichtungen mit Zer-

zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen ■ _;stäuberdüse eine erhebliche Verbesserung des Nie-

durch Zerstäuben, um auf dem Gegenstand einen derschlagswirkungsgrades zu erreichen.

Schutz- oder Zierüberzug herzustellen. Demgemeäß ist bei einer Vorrichtung zum elektro-

In der einschlägigen Technik sind mit Druckluft 5 statischen Überziehen von Gegenständen ohne Verarbeitende Spritzpistolen bekannt, bei denen durch Wendung von Zerstäubungsdruckgas, bei welcher das Druckluft eine Zerstäubung erfolgt und die zerstäub- Material unter Hochdruck aus einer länglichen Düsenten Teilchen durch den Luftstrom auf dem zu über- Öffnung (Flachstrahldüse) austritt, gemäß der Erfinziehenden Gegenstand abgelegt werden. Mit solchen dung neben der Längsseite der Düse in unmittelbarer Spritzpistolen kann zwar ein qualifiziertes Finish mit io Nähe des austretenden Flachstrahles eine einzige einem guten Leistungsfaktor erzielt werden, jedoch Hochspannungselektrode angeordnet,
ist der Niederschlagswirkungsgrad klein, da insbeson- Nach einer praktischen Ausführungsform der Erdere bei nicht geschlossenen Gegenständen ein findung kann die einzige Hochspannungselektrode wesentlicher Teil der Flüssigkeit verlorengeht und einen einzelnen Draht aufweisen, der vom Zerstäuberhinter dem Gegenstand durch eine Sammelvorrich- 15 kopf nach vorn vorsteht und der nahe der Flachseite tang aufgenommen und abgeleitet werden muß. des fächerartig sich ausweitenden Filmes aus Über-

Um den Niederschlagswirkungsgrad bei Spritz- zugsmaterial angeordnet ist. Dabei ist vorzuziehen,

pistolen zu verbessern-bzw. die Verluste an vorbei- daß die Hochspannungselektrode in der Form eines

gesprühterFlüssigkeitzuverkleinernjWurdeunterVer- dünnen Drahtes sich parallel zur Abgabeachse des

Wendung von mit Druckluft arbeitenden Spritzpisto- 20 Filmes aus Überzugsmaterial erstreckt,

len die Flüssigkeit nach ihrer Zerstäubung in einem Die besonderen Vorteile, die durch die Erfindung

Feld elektrisch aufgeladen und dann auf einen geer- erzielt werden, liegen insbesondere darin, daß durch

deten Gegenstand niedergeschlagen. Auch dieses Ar- die Verwendung dieser einzelnen Hochspannungs-

beiten führte nicht zu einem vollen Erfolg, da wegen elektrode sich der Niederschlagswirkungsgrad wesent-

der ungleichmäßigen Aufladung der Flüssigkeitsteil- 25 Hch erhöhen läßt, so daß dadurch der Verlust an

chen wiederum nur ein Teil des Zerstäubten auf dem Überzugsmaterial erheblich reduziert wird. Versuche

Gegenstand niedergeschlagen wurde. haben gezeigt, daß durch die Verwendung einer ein-

Die Weiterentwicklung führte dann zu dem bekann- zigen Elektrode neben der Längsseite der Düse in

ten Vorschlag, bei Zerstäubervorrichtungen ohne unmittelbarer Nähe des austretenden Flachstrahles

Verwendung von Druckluft die Zerstäubung und die 30 der Niederschlagswirkungsgrad etwa 78 % beträgt,

Aufladung der Flüssigkeit durch ein elektrostatisches während bei der Verwendung zweier Elektroden

Feld vorzunehmen; dieses Verfahren hat den Vorteil, lediglich ein Niederschlagswirkungsgrad von etwa

daß im wesentlichen 100 % des Überzugsmaterials 57 % auftritt. Weitere Versuche in einem anderen

ausgenutzt werden,_: da praktisch alle Flüssigkeitsteil- Raum haben ergeben, daß sich der Niederschlags-

chen gleichmäßig elektrisch aufgeladen sind und da- 35 wirkungsgrad mit einer einzigen Elektrode auf 85°/o

her das Bestreben haben, sich auf dem geerdeten erhöht, während er bei Verwendung von zwei

Gegenstand niederzuschlagen. Elektroden etwa 65 % betrug. Außerdem wird gegen-

Trotz des Vorteils eines nahezu vollkommenen über der bekannten vorerläuterten Zerstäubervorrich-Niederschlagswirkungsgrades haben diese bekannten tung mit elektrostatischer Aufladung und Zerstäuelektrostatischen Zerstäubervorrichtungen einen 4° bung der Vorteil einer erhöhten Leistung der neuen Nachteil, da gewisse Überzugsstoffe zufolge ihrer ehe- Vorrichtung in der Zeiteinheit erzielt; weiterhin könmisehen oder physikalischen Eigenschaften sich durch' nen gegenüber diesen bekannten elektrostatischen elektrostatische Kräfte allein nicht oder nur schwer Zerstäubervorrichtungen bei Anwendung der Erfinzerstäuben lassen. Dies trifft insbesondere für schwer dung für Handzerstäubervorrichtungen die Abmeszu zerstäubende Lacke, metallische- Pigmentfarben 45- sungen der Zerstäuberpistole erheblich verkleinert und Wasser-in-öl-Emülsiöns-Farben zu. Außerdem werden, so daß dadurch der Bedienende ein handbedurfte die Leistung dieser bekannten elektrostati- liches und vergleichsweise leichtgewichtiges Gerät in sehen Zerstäubervorrichtungen insoweit einer Ver- der Hand halten kann.

besserung, als angestrebt wurde, in der Zeiteinheit In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Ereine größere Menge an Überzugsmaterial zu zer- 5° findung beispielsweise zur Darstellung gebracht,
stäuben und niederzuschlagen, als es mit den vorer- F i g^ 1. ist eine Längsschnittansicht, welche eine läuterten elektrostatischen Zerstäubervorrichtungen, =„ -Zerstäubervorrichtung der Erfindung wiedergibt;
möglich ist. ' Fig. 2 ist eine Seitenansicht, teilweise..weggebro-

Daher sind mit hydrostatischem Druck arbeitende chen, des rechten Teiles der Fi g. 1, und
elektrostatische Zerstäubervorrichtungen entwickelt' 5$ Fig. 3.ist eine Drauf sieht, teilweise weggebrochen,

worden, und nach einem älteren, nicht vorveröffent- des rechten Endes der Vorrichtung der F i g. 1.

lichten Vorschlag wird unter Anwendung eines hy- Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform zeigt

drostatischen Drucks auf das Überzugsmaterial das eine Zerstäubervorrichtung 100, die einen Lauf 101

Herausschleudern des Überziigsmaterials mit hoher aus Isoliermaterial hat, der an einem Metallkörper

Geschwindigkeit in der. Form eines dünnen, sich 60 103 in geeigneter Weise befestigt ist, der Körper 103

fächerartig ausbreitenden Filmes vorgenommen und ist elektrisch geerdet. Durch den Metallkörper 103

ein elektrostatisches Feld an eine mit länglicher Öff- und den Lauf 101 erstreckt sich eine mit Isolierstoff

nung versehene Zerstäuberdüse angelegt. Eine solche überzogene Hauptleitung 104, die mit dem Anschluß

mit hydrostatischem Druck arbeitende elektrostatische einer (nicht dargestellten) elektrischen Energiequelle

Zerstäubervorrichtung hat jedoch keinen ausreichen- 65 und vermittels einer Verbindung 105 mit einem

den Niederschlagswirkungsgrad. Widerstand 106 verbunden ist. Der Widerstand 106

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- hat zweckmäßig eine Widerstandsgröße in der Ord-

steht. darin, bei elektrostatischen mit hydrostatischem nung von 160 Megohm und ist an seinem rechten

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Ende mit einem Kontaktglied 106 ο verbunden, das jeder der Seiten des Filmes »Streifen« zu- bilden, seinerseits mit einer feinen Drahtelektrode 107 ver- »Streifen« sind bei Niederschlagen von Überzugs^ bunden ist, die einen Endteil 108 hat, der sich nach materialien unerwünscht, da sie nicht nur das außen von einer Stirnkappe 109 und einer Düsen- Niederschlagsmuster stören, sondern weiterhin Be^ platte 109 α erstreckt — beide bestehen aus einem 5 reiche von großen Partikelgrößen mit sich daraus erelektrischen Isolationsmaterial — und der in un- gebender Ablenkung aus der Steuerung durch das mittelbarer Nähe, jedoch in radialem Abstand von elektrische Feld und eine Verschlechterung der einer länglichen Öffnung 110 angeordnet ist, aus Qualität des aufgebrachten Finish verursachen. Um welcher Farbe od. dgl. herausgedrückt wird. Der Ab- diese »Streifen« zu vermeiden, sollten Flüssigkeitsstand von dem Elektrodenendteil 108 zu dem nächst- io drucke in der Größenordnung von 17 kg/cm² und liegenden geerdeten Teil der Pistole, dem vorderen vorzugsweise ausreichend über 21 kg/cm² verwendet Ende des Zerstäuberkörpers 103, beträgt z. B. etwa werden. Beim praktischen Arbeiten ist es bei den auf 15 cm. Es ist vorzuziehen, eine dünne Elektrode 107, einer Fließbandlinie auftretenden Variablen häufig 108 zu verwenden, die einen Durchmesser nicht mehr erwünscht, einen Druck von wenigstens 56 kg/cm² als 2,5 mm hat und die vorzugsweise einen Durch- 15 zu verwenden. Sehr befriedigende Niederschlagsmesser von 0,25 oder 0,5 mm hat. Die Elektrode ist muster und eine Zerstäubung von künstlichem Email vorzugsweise zugespitzt. aus der beschriebenen Düsenöffnung sind beispiels-

Die längliche Öffnung 110 ist in einer Düse 126, weise mit Drücken in der Nähe von 119 kg/cm² er-

vorzugsweise aus einem gegen Abnutzung hoch- reicht worden.

widerstandsfähigen Material ausgebildet, z. B. Wolf- ao Flüssigkeit bzw. Farbe unter hohem Druck gemäß ramkarbid oder einem Edelstein, und kann einen vorstehender Beschreibung wird dem Zerstäuber kleinsten Durchmesser in der Größenordnung von durch die Leitung 111 zugeführt und tritt aus der 0,13 mm und einen größten Durchmesser von etwa öffnung 110 in der Form eines fächerartigen Filmes 0,38 mm haben, wobei sie zusammen eine öffnung 121 heraus, wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist, bilden, die etwa gleich einer kreisförmigen öffnung 25 der an einer Zerstäubungszone 122 an der Kante des wäre, die einen Durchmesser von etwa 0,23 mm hat. Filmes 121 sich zu einem fächerförmigen Zerstäubten Die Öffnung muß eine genügend kleine Größe haben, 123 von feinverteilten Teilchen aufbricht, die auf den damit sie in Verbindung mit den sehr hohen ver- geerdeten Gegenstand niedergeschlagen werden. Ein wendeten Drücken die gewünschte Feinheit der Zer- Hindurchsickern von Farbe in den Teil des Laufes stäubung bei der erforderlichen Abgabegeschwindig- 30 101, der durch den Widerstand 106 eingenommen ist, keit erzeugt. Wenn offene Gegenstände, z. B. rohr- wird durch einen O-Ring 132 verhindert, der ein förmige Stuhlrahmen aus Stahl oder Fahrradrahmen, Paßstück 133 umgibt, durch welches der Elektrodenüberzogen werden sollen, sind Abgabegeschwindig- kontaktteil 106 α hindurchgeht. Wie der Lauf 101 keiten von weniger als 250 cm³ je Minute am besten sind die Ventilantriebsstange 115, die Stirnkappe geeignet, und beim Überziehen dieser Gegenstände 35 109, die Düsenplatte 109 α und das Paßstück 133 aus wird der größte Nutzen aus den elektrostatischen Isoliermaterial hergestellt.

Kräften gewährleistet. Bei weniger »offenen« Gegen- Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß das Ende

ständen können die Abgabegeschwindigkeiten bis auf 108 der Elektrode 107 von der Seitenfläche des

400 cm³ je Minute erhöht werden, und die Abgabe- Filmfächers 121 im Abstand angeordnet ist und

geschwindigkeit kann weiter erhöht werden, wenn das 40 weiterhin kurz vor der Zerstäubungszone 122 endigt.

Verhältnis von Oberflächenbereich zum offenen Auf diese Weise ist der Elektrodendraht außerhalb

Bereich des Gegenstandes sich weiter vergrößert. des aus der Öffnung 110 austretenden Material-

Das Überzugsmaterial wird der Zerstäubervorrich- stromes angeordnet, und sein Anschlußteil ist tung aus einer (nicht dargestellten) Quelle durch eine zwischen der Öffnung und der Zerstäubungszone an-Leitung 111 in dem Zerstäuberkörper 103 abgegeben, 45 geordnet, dort wo der Film zu zerstäubten Teilchen welche mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden aufgebrochen wird. Bei der dargestellten Ausfüh-Leitung 112 in dem Lauf 101 verbunden ist und rungsform ist der freiliegende Teil der Elektrode um welche in einem Ventilsitz 113 endigt, der am Ende etwa 3 mm gegenüber der breiten Fläche des Filmes der Leitung 111 in unmittelbarer Nähe der Düse 126 versetzt und der Endteil 108 etwa 3 mm hinter der angeordnet ist und mit der Öffnung 110 in Ver- 50 Zerstäubungszone 122 angeordnet,
bindung steht. Das Ventil wird durch das konische Es wurde gefunden, daß die Anordnung der Elek-Ende eines Ventilgliedes 114 geregelt, das mit einer trodenspitze hinter der Zerstäuberzone bei dieser Antriebsstange 115 aus Isoliermaterial verbunden ist, Ausführungsform ein wirksameres Aufladen der zerdie ihrerseits mit nicht dargestellten Betätigungs- stäubten Teilchen und daher einen höheren Niedermitteln verbunden ist. 55 Schlagswirkungsgrad gewährleistet, als er erhalten

Es ist wesentlich, einen ausreichenden Druck und werden würde, falls die Elektrode nach vorn oder eine ausreichende Geschwindigkeit der Flüssigkeit in über die Zerstäuberzone hinaus vorragt. Die Andern sich ausbreitenden Film herzustellen, um die Ordnung der Elektrode im Abstand von der breiten Filmseiten im wesentlichen gerade, vorzugsweise bei- Fläche des Filmes verhindert ein elektrisches Abnahe genau gerade, zu halten, um eine Zerstäubung 60 stumpfen der Elektrode durch die Farbe und verder gewünschten Feinheit zu erreichen. Der ein- hindert weiterhin, daß die Elektrode die Herstellung geschlossene Winkel zwischen diesen Seiten kann für des gewünschten Filmes und den Zerstäubungsgewünschte Ergebnisse wenigstens 25° betragen, ob- Vorgang stört.

gleich in gewissen Fällen der Winkel bis zu 15° ver- Die Elektrode 107 bzw. der Elektrodenendteil 108 kleinert werden kann, vorzugsweise liegt er jedoch in 65 können gewöhnlich auf einem Potential in der der Größenordnung von 50 oder 60°. Wenn Größenordnung von 50 000 Volt aufgeladen sein. Bei Flüssigkeit bei hohen Drücken durch die sehr kleine einem normalen Abstand von Elektrode zu Gegenöffnung abgegeben wird, besteht eine Neigung, an stand von etwa 25 cm würde ein Feld zu dem Gegen-

stand mit einem mittleren Potentialgradienten von 2000 Volt je Zentimeter erzeugt werden, und wenn der geerdete Zerstäuberkörper 103 etwa 15 cm hinter dem Elektrodenendteil 108 angeordnet ist, würde zu dem geerdeten Körper ein Feld mit einem mittleren Potentialgradienten größer als 3200VoIt je Zenti~ meter vorhanden sein. Das Vorhandensein des geerdeten Zerstäuberkörpers 103 in einem festen und relativ kurzen Abstand von der Aufladeelektrode 108 hat bestimmte Vorteile. Nahe der Elektrode 108 wird trotz Veränderungen des Abstandes zwischen dem Zerstäuber und den zu überziehenden Gegenständen ein Mindest-Potentialgradient gewährleistet. Der verhältnismäßig kurze Abstand zwischen der Aufladeelektrode 108 und dem geerdeten Körper 103 ermöglicht es, nahe der Elektrodenspitze einen hohen örtlichen Potentialgradienten und infolgedessen eine wirksame Aufladung der zerstäubten Flüssigkeit bzw. Farbe mit einer niedrigeren, an die Elektrode angelegten Spannung zu gewährleisten, und die Ver-Wendung einer niedrigeren angelegten Spannung macht es ihrerseits möglich, eine kleinere und weniger teuere Energievorrichtung und eine leichtere und biegsamere Hochspannungsführungsleitung zu verwenden; letzteres ist von besonderer Bedeutung, wenn der Zerstäuber von Hand betätigt werden soll. Ein weiteres Verkleinern des Elektrodenpotentials kann ohne ernsthaften Verlust an Niederschlagswirkungsgrad dadurch erhalten werden, daß der Abstand zwischen der Aufladeelektrode 108 und dem geerdeten Körper 103 weiterhin vermindert wird. Sehr gute Resultate sind mit einer Vorrichtung dieser Art erhalten worden, welche einen Elektrode-zu-Erde-Abstand von etwa 7,5 cm hat und welche mit einem Elektrodenpotential in der Größenordnung von 25 000 Volt arbeitet.

Die Verwendung einer Zerstäubungs-Aufladeelektrode 107,108 in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung schafft eine weit wirksamere Aufladung der zerstäubten Teilchen als es möglich wäre, wenn nur die Düse selbst auf einem hohen Potential zum Zweck der Aufladung des Filmes gehalten würde. Bei der in den Fig, I bis 3 dargestellten Ausführung wird ein Aufladungswirkungsgrad ausreichend aufrechterhalten, selbst wenn verhältnismäßig große Änderungen in dem Abstand zwischen dem Zerstäuber und dem Gegenstand vorhanden sind, ohne daß merkliche Kompensationsspannungsänderungen erfolgen.

Die Zerstäubervorrichtung 100 kann zwecks"Verwendung als eine in der Hand gehaltene Spritzpistole ausgebildet sein, indem der Metallkörper 103 am Hinterende der Pistole so ausgebildet ist, daß er einen Handgriff bildet. Die Verwendung des Widerstandes 106 ist bei einer in der Hand gehaltenen Pistole besonders vorteilhaft, da er dazu dient, die Intensität einer elektrischen Aufladung zu begrenzen, welche bei Annähern der Elektrode an einen geerdeten Gegenstand oder an einen Teil des Körpers des Bedienenden auftreten würde, und dadurch werden die Möglichkeiten einer Entzündung der Flüssigkeit und von elektrischen Schocks vermindert. Wenn eine Verminderung dieser Gefahrenmöglichkeiten wesentlich ist, ist es ratsam, den Kontaktteil 106 α und die Elektrode 107 möglichst klein zu machen, um ihre elektrische Kapazitanz zu vermindern. Aus dem gleichen Grund kann es erwünscht sein, den Düsenteil 126, den Ventilsitz 113 und wenigstens das vordere Ende des Ventilgliedes 114 aus Isolierstoff herzustellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von Gegenständen, ohne die Verwendung von Zerstäubungsdruckgas, bei welcher das Material unter Hochdruck aus einer länglichen Düsenöffnung (Flachstrahldüse) auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Längsseite der Düsenöffnung (110) in unmittelbarer Nähe des austretenden Flachstrahls (121) eine einzige Hochspannungselektrode (108) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode einen einzelnen Draht (108) aufweist, der von dem Zerstäuberkopf nach vorn vorsteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode in der Form eines dünnen Drahtes (108) sich parallel zur Abgabeachse des Filmes (121) aus Überzugsmaterial erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen